Die RNA kann es alleine

News: Die RNA kann es alleine

Wer war zuerst da - Nukleinsäuren oder Proteine? Während die einen Träger der Erbinformation sind, führen die anderen die gespeicherten Anweisungen aus. In den letzten Jahren tendieren Wissenschaftler aber immer mehr zu der Ansicht, daß am Beginn des Lebens RNA-Moleküle beide Aufgaben erfüllt haben. In einem gewaltigen Kraftakt haben Forscher jetzt gezeigt, daß manche RNA auch tatsächlich die Synthese ihrer eigenen Grundbausteine katalysieren kann.

David Bartel und Peter Unrau vom Whitehead Institute berichten in Nature vom 17. September 1998, daß sie ein RNA-Molekül entdeckt haben, welches Nukleotide produzieren kann. Diese Bausteine der RNA bestehen aus einem Zucker, Phosphat und einer Base, die normalerweise von Proteinen zum vollständigen Nukleotid zusammengesetzt werden. Der Nachweis, daß die Nukleinsäure selbst diese Fähigkeit besitzt, macht die Idee einer frühen "RNA-Welt" wahrscheinlicher. Danach haben Ribonukleinsäuren in den Anfangszeiten der Evolution die Erbinformation gespeichert und umgesetzt, statt sie nur von der stabileren DNA zu den katalytisch aktiven Proteinen zu transportieren, wie das in heutigen Zellen der Fall ist.

"Ein grundlegendes Problem bei der Entstehung des Lebens ist, welche Art von Molekül zu den ersten Lebensformen geführt hat", erklärt Bartel. Ein Teil der Wissenschaftsgemeinde favorisierte Ribonukleinsäuren. Die Entdeckung der Ribozyme im Jahre 1982 unterstützte ihre Vermutung. Ribozyme sind RNA-Moleküle, die chemische Reaktionen katalysieren können. Doch bislang sind nur sieben natürlich vorkommende Ribozyme bekannt, die zudem sehr langsam arbeiten, verglichen mit Proteinen. Deshalb suchten Forscher nach künstlichen Ribozymen. Sollte es ihnen gelingen, im Labor neue Exemplare mit verbesserten Eigenschaften herzustellen, könnten während einer früheren RNA-Periode durchaus viele Ribozyme existiert haben, die erst im Laufe der Evolution verschwanden.

Bartel und seine Kollegen überprüften in den letzten fünf Jahren Billionen von RNA-Molekülen mit einer Reagenzglas-Evolution: Bei diesem Verfahren wurde immer wieder das am besten angepaßte Molekül ausgewählt und mit kleinen Fehlern kopiert – ähnlich wie man sich das Prinzip von Mutation und Selektion in der vermuteten RNA-Welt vorstellt. Sie fanden eine Reihe von Ribozymen, die teilweise sehr effizient arbeiteten. Vor zwei Jahren hatten sie schließlich ein Molekül gezüchtet, das kurze RNA-Stücke aus Nukleotiden aufbauen konnte.

Die Ausgangsmaterialien für Nukleotide – Ribosephosphat und die RNA-Basen – könnten sich auf der frühen Erde spontan gebildet haben. Aber ihre Verbindung zu einem Nukleotid muß mit Hilfe eines Katalysators geschehen sein. Die Wissenschaftler unterzogen wieder eine Billion RNA-Moleküle der Reagenzglasevolution und fanden drei verschiedene Familien von Ribozymen, die Zuckerphosphat und Base verknüpfen konnten. "Diese Ribozyme bilden nur ein Nukleotid, und das ist nicht genug. Aber die Tatsache, daß sie es überhaupt können, ist ermutigend. Und wir planen weitere Evolutionsexperimente, um sie besser und effektiver zu machen", sagt Bartel.

Wahrscheinlich werden wir nie mit letzter Sicherheit wissen, wie das Leben vor mehr als drei Milliarden Jahren auf der Erde begann, meint er, doch zumindest läßt sich die Plausibilität des Szenarios einer RNA-Welt im Labor überprüfen.

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